郑西铁路客运专线黄土隧道膨胀岩段施工技术

1工程概况 郑西客运专线交口隧道（DK232＋050～DK232＋600）段500m为第三系泥岩夹砂岩地层,全风化～强风化,具中等～强膨胀性,自由膨胀率达79%～114%。同时,该段隧道位于地下水位以下,由于膨胀岩吸水膨胀后,强度急剧降低,对围岩的稳定有极强的破坏作用,所以给隧道开挖,初支等施工过程增加了难度。     

基于抗疏力的土壤处理剂对膨胀土的改良试验

为减小膨胀土遇水膨胀、失水收缩的特性在工程建设中对建筑物的危害,在室内采用基于抗疏力的启培抗疏力处理剂对膨胀土的抗膨胀性进行改良试验,通过自由膨胀率和无荷载线膨胀率两项指标评价改良效果。试验发现依次掺入质量分数2%,4%,8%,12%和20%的处理剂时,膨胀土的自由膨胀率和线膨胀率均呈逐渐降低趋势,但处理剂掺入量超过12%后,对膨胀性的影响则趋于弱化。适量的启培抗疏力处理剂对膨胀土的抗膨胀性有显著的改良效果。     

引江济淮工程弱膨胀土水泥改性效果研究

膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩的特性,往往给工程带来巨大的危害,因此必须对膨胀土加以改性,水泥可以有效地对膨胀土进行改性,降低其膨胀性并提高土体强度.选取引江济淮工程弱膨胀土,掺加水泥后进行自由膨胀率、膨胀力、50 kPa有荷膨胀率、直接剪切试验、SEM试验等室内试验,分析了不同水泥掺量和养护龄期对水泥改性土物理力学性质的影响.试验结果表明:1)随着水泥掺量和养护龄期的增加,水泥改性土的自由膨胀率、膨胀力、50 kPa有荷膨胀率均降低,抗剪强度增大.2)掺加水泥后,膨胀土的内部微观结构被逐渐摧毁,水泥水解水化产生凝胶性物质将分散的黏土颗粒黏结起来,形成较大的团粒.3)基于本研究试验结果,同时综合考虑实际工程,建议引江济淮工程弱膨胀土水泥改性剂量为4%.     

青海地区泥岩膨胀特性与微观结构

为研究不同单元体泥岩膨胀特性与微观结构的关联性。本文对青海省东北部的泥岩进行调查研究,选用扫描电镜(SEM)对泥岩进行观测,利用图形软件分析岩石内部的结构。通过自由膨胀试验、侧向约束膨胀试验、膨胀力试验来探究不同单元体泥岩的宏观膨胀。通过获取的数据针对泥岩孔隙分形特征展开分析,运用灰色关联法建立宏观膨胀与微观结构之间关系。研究结果表明：①N型泥岩试样孔隙多,膨胀潜势不强,M型泥岩试样结构紧密,孔隙较少,矿物成分较多,膨胀潜势相对较强；②不同单元体泥岩试样的分形维数与膨胀率(力)呈负相关,且M型泥岩试样的分形维数在膨胀率(力)的拟合度要高于N型泥岩试样；③不同单元体的膨胀率(力)与平均孔径、圆度、分形维数、面孔率均有关联,尤其是孔隙的圆度和分形维数关联性最大。研究成果为宏-微观之间泥岩关联性的认识提供参考,对该地区膨胀岩(土)工程建设具有借鉴意义。     

泥岩地基及嵌岩灌注桩的承载特性试验

红土崖组(KwH)泥岩是一种分布于青岛地区的白垩系王氏群泥岩,是一种非典型的黏土岩,其透水性弱,具有一定的膨胀特性。为研究泥岩的物理力学性质、变形特性及嵌入泥岩中灌注桩的承载特性,以红土崖组(KwH)泥岩为试验对象,在青岛某地区开展了泥岩常规物理力学试验、泥岩地基及泥岩地基中嵌岩灌注桩的静载荷试验。试验结果表明,红土崖组(KwH)泥岩含砂,吸水膨胀率较小,是一种非膨胀性岩;全风化及强风化泥岩地基的P-s曲线基本呈缓变型;而中风化泥岩地基在破坏时发生了压裂及隆起,P-s曲线呈陡降型,而且变异性较大。该场地泥岩地基中灌注桩分别加载至10800 kN、12960 kN,试桩均未发生破坏,嵌岩灌注桩的桩侧摩阻力和桩端阻力均未充分发挥;中风化泥岩的承载力较高,可作为桩基理想的持力层;泥岩具有初始损伤特性,且随着应力水平的提高其损伤逐渐加剧。研究成果对青岛地区泥岩地基中的工程建设具有参考价值。     

石灰改良膨胀土膨胀性和水稳定性室内试验研究

针对安徽张庄矿尾矿坝填料膨胀土进行含水率、自由膨胀率δe f、膨胀力Pe和50 kPa压力下的有荷膨胀率δeP50试验,确定膨胀土的膨胀潜势及分布范围,采用掺石灰的方法对土体进行改良并进行击实试验,根据最大干密度和压实度96%制样,研究不同石灰掺量改良土自由膨胀率随养护时间的关系,进行干湿循环试验研究改良土的胀缩变形规律、渗透特性及抗剪强度特性.试验研究结果表明:随着石灰掺量的增加,膨胀土击实后最优含水率逐渐升高、最大干密度逐渐减小;改良土自由膨胀率随着养护时间的增加逐渐减小并于30 d之后趋于稳定;经历6次干湿循环后试样的胀缩变形存在着不可逆性,但掺灰量大于2%的改良土绝对膨胀率小于4%,试样表面无明显裂隙,抗剪强度提高明显,可认为试样膨胀性得到了良好的控制;对于相同石灰掺量的改良土,二次掺灰的改良效果要优于一次掺灰.     

基于正交设计的膨胀岩相似材料试验研究

为了能够较准确配制出膨胀岩的膨胀性相似材料,以满足小比例相似模型试验的需要,采用正交试验的方法对膨胀岩的膨胀性相似材料配比进行研究.试验以砂、膨润土、石灰、外加剂(羟丙基甲基纤维素)及拌合用水为材料,采用自由膨胀率和体积膨胀量为直接指标,干燥饱和吸水率为间接指标,并考虑单轴抗压强度,设计4因素4水平的试验方案.试验结果表明,本次试验的配合比可用于膨胀性岩石的相似材料模型试验,为膨胀岩实验室模拟研究提供较为理想的材料.     

巨大芽孢杆菌改良邯郸强膨胀土试验研究

膨胀土是一种分布广,对环境的湿热变化敏感的高塑性黏土,容易产生胀缩裂隙;为降低膨胀土的自由膨胀率,提高其抗剪强度,利用巨大芽孢杆菌诱导方解石沉积(MICP)技术,搭配不同的固结溶液对膨胀土进行固化改良室内试验.通过5组自由膨胀率试验筛选出了两组效果最明显的改良组合:巨大芽孢杆菌+1.0 M胶结液(CaCl_2+Urea)的混合溶液、巨大芽孢杆菌+1.0 M CaCl_2的混合溶液.通过三轴剪切试验和三向膨胀力试验研究了改良前后土样的自由膨胀率、抗剪强度和膨胀力.结果表明,对比于未改良的重塑膨胀土,改良后的膨胀土表现出来的各项参数均有不同程度的改善.其中,巨大芽孢杆菌+1.0 M CaCl_2溶液改良组膨胀土自由膨胀率下降了85.4%,内摩擦角提高了5.2%,黏聚力提高了11.5%,垂直方向膨胀力下降了20%、水平方向膨胀力平均下降23%;巨大芽孢杆菌+1.0 M胶结液(CaCl_2+Urea)的混合溶液改良组膨胀土自由膨胀率下降了87.7%,内摩擦角提高了18.5%,黏聚力提高了32.1%,垂直方向膨胀力下降了29%、水平方向膨胀力平均下降了32%;巨大芽孢杆菌和胶结液复合改良强膨胀土的方法是可行的.     

软岩膨胀岩软化崩解特性

极高地应力条件下隧道掌子面围岩遇水软化崩解会引起一系列工程问题,通过对三种代表性岩样崩解试验研究,揭示了软岩膨胀岩软化崩解规律。结果表明：软岩膨胀岩的耐崩解指数随循环次数增加依负指数函数递减;软岩膨胀岩矿物组成类型和含量是影响其崩解性强弱的主要因素;基质型和填充型岩样崩解主要由亲水性矿物吸水膨胀引起,5次循环后其崩解指数分别趋于5%和25%;接触型岩样崩解主要由胶结键断裂引起,5次循环后其崩解指数为80%左右,崩解性微弱;可将小于0.25 mm和大于5 mm的粒径组含量变化作为该软岩膨胀岩崩解性强、弱界限粒径。     

石灰改良膨胀土击实样膨胀特性和力学性质试验研究

本文以宁淮高速公路淮安段膨胀土填料为研究对象,通过室内试验研究石灰改良膨胀土作为路基填料的膨胀性和力学性质。在天然膨胀土2%石灰砂化的基础上,制备不同初始含水率与压实度的石灰改良土,进行不同养护龄期的有荷膨胀率和强度特性试验。试验结果表明:石灰改良土线膨胀率和膨胀力均有大幅度的降低,且随含水率和养护龄期保持减小趋势、随压实度保持增大趋势;石灰改良土无侧限抗压强度、黏聚力、内摩擦角均有一定程度的提高。因此,石灰改良膨胀土作为路基填料的施工工艺在工程中是可行的,为膨胀土改良方案选择以及膨胀土地区公路路基设计和现场施工提供科学依据和参考。     

膨胀岩判别方法的研究

主要研究膨胀岩的膨胀特性，用软岩膨胀测定仪对重塑试件和原岩试件进行软岩膨胀率的测定，根据大量的软岩膨胀性试验成果，找出了软岩膨胀应力与线膨胀度、线膨胀最终饱和含水率特性曲线，泥质岩干燥饱和和吸水率与蒙脱石含量特性曲线的相关分析结果，采用风干或烘干的不规则试件吸水率的大小作用对膨胀岩的判别和评价的依据。     

高铁弱胀缩性隧道底鼓病害及仰拱结构分析

高速铁路隧道穿越红粘土等弱膨胀地层,隧道仰拱底鼓病害是常见问题之一。为探索弱胀缩性土隧道仰拱底鼓病害形成原因及合理仰拱结构形式,以某弱胀缩性地层高铁隧道为依托工程,通过数值模拟正交试验,确定了弱胀缩性土隧道仰拱底鼓病害的敏感性因素;将仰拱结构单元简化为三铰拱模型,将其所受胀缩力简化为沿隧道结构的均布荷载,考虑膨胀力作用,建立仰拱-围岩的受力模型,确定胀缩性黏土地层中隧道仰拱的最优拱轴线线型;在此基础上,通过改变仰拱结构的矢跨比来对仰拱结构进行优化,得到了穿越红粘土等弱膨胀地层高铁隧道仰拱最优矢跨比。研究结果表明:隧道仰拱结构变形最受围岩等级及胀缩性控制,其次为衬砌厚度,最后为仰拱曲率半径、混凝土强度、隧道洞径;增大仰拱厚度可有效控制仰拱底鼓变形,但对隧道拱顶沉降的抑制效果欠佳;胀缩性黏土地层中隧道仰拱的最优拱轴线应为圆弧线;在合理拱轴线的条件下,仰拱结构所受最大轴力与其矢跨比呈反比,且矢跨比越大,仰拱与过渡圆弧接茬处所受轴力越大,对拱脚产生的影响越显著。研究成果为特殊土地层高铁隧道底鼓病害的致灾机理及控制技术提供参考。     

金川矿区岩石的膨胀和软化特性试验及分析

基于金川矿区岩体较破碎、岩石属高地应力碎胀蠕变岩,使用自由膨胀率测试仪测定金川岩样的自由膨胀率及含水率,再通过岩石抗压试验测定水对岩石强度和弹性模量的影响。研究结果表明:岩石类型不同,其膨胀率也不相同,Ⅰ类大理蚀变岩试样膨胀率不大,平均为0.051%;Ⅱ类角闪二灰橄榄岩的膨胀率则较大,平均为0.140%;矿岩遇水软化,内部产生膨胀应力,造成岩石抗压强度降低20 MPa左右,破坏时不属于脆性破坏,其原因可能是其中的黏土矿物吸水,除有部分水进入黏土矿物晶格内外,还有一部分吸附在层理面附近矿物颗粒上,当受力压缩时,水受压排出产生压密。     

引江济淮工程膨胀土下伏崩解岩边坡处治试验研究

为论证引江济淮工程规划的可行性,针对膨胀土和崩解岩的处治问题,采用原位试验的方法,辅助采用模型试验和室内试验方法,在工程的可行性研究阶段开展试验工程,针对膨胀土及崩解性砂软岩的防护问题开展研究.研究结果表明:江淮膨胀土层呈非连续分布,主要呈弱膨胀性、低渗透性,新生裂隙深度在6个月时可达1.2 m.膨胀土强度指标黏聚力的...     

红山窑风化红砂岩膨胀特性试验研究

对红山窑水利枢纽工程中的风化红砂岩进行膨胀特性试验研究.试验表明,不同风化程度的红砂岩随着含水率的逐渐加大、风化程度的加深,其自由膨胀率、有侧限自由膨胀率和膨胀力都逐渐增大,其中,强风化砂岩的膨胀率与膨胀力随含水率的变化而改变的幅度最大,并与上部荷载的大小密切相关.     

掺UEA水泥净浆膨胀与强度性能试验研究

本文以土钉钻孔注浆中的水泥净浆进行研究,以UEA膨胀剂为膨胀源,通过水泥膨胀性试验与强度试验,研究了不同膨胀剂掺量和不同水胶比对水泥净浆膨胀性能与强度的影响。研究结果表明：在UEA掺量6%~10%、水胶比0.38~0.48范围内,水泥净浆始终是膨胀的,膨胀率随UEA掺量的增加而增加,随水胶比的增加而减小,当水胶比大于0.42时,膨胀率将明显降低;净浆试件在内置钢筋条件下的限制膨胀率约为相同情况下自由膨胀率的一半;UEA有利于普通硅酸盐水泥早期强度的发展,但对水泥的最终强度影响不大,且掺量不宜超过10%。     

软岩耐崩解和室内浸水崩解试验方法差异性分析

软岩的崩解性是我国西南地区岩土工程较为关注的岩石特性之一。通过室内浸水崩解和耐崩解试验条件和试验结果的差异分析,根据耐崩解指数将软岩的崩解强度分为强、中、弱3个等级,崩解机制则决定了试样崩解的强弱;但对于同一岩样,室内浸水崩解程度弱于耐崩解试验;而试验条件的不同则决定了试验产物颗粒分布的差异,且对于不同崩解程度的岩样影响是不同的。研究表明:强崩解和弱崩解岩样在两种试验方法中所得颗粒分布情况相差较大,且强崩解岩样室内浸水崩解试验所得颗粒分布不均匀;而弱崩解岩样耐崩解试验所得颗粒分布不均匀;而中崩解岩样崩解产物在两种试验方法所得颗粒分布相差不大。     

陇东长7地层组构、理化性能及坍塌机理研究

采用X-射线衍射、扫描电镜、铸体薄片及高压压汞分析技术对长庆油气田陇东长7地层组构进行研究,并对阳离子交换容量、膨胀率、分散性及页岩稳定指数等理化性能指标进行了测定。结果表明:陇东长7地层主要是由石英和长石组成的泥质致密粉砂岩,黏土矿物质量分数约10%,其成分以伊利石和绿泥石为主,含有一定量的伊/蒙间层;岩心孔隙度小,渗透率低于0.5×10-3μm2,无微/大裂缝存在,属于超低渗地层;地层的膨胀率和分散性属于中等偏弱,其中页岩稳定指数(SSI)值中等偏低,阳离子交换容量(CEC)值中等偏高,膨胀率为4%~19%,回收率为88%~92%。该地层井壁失稳的物理化学因素是黏土矿物经钻井液长期浸泡而发生水化膨胀。     

粉砂土改良弱膨胀土工程特性研究

通过在弱膨胀土中掺加粉砂土掺量分别为0％、10％、20％、30％、40％、50％的室内实验,对改良土的物理特性、力学特性、膨胀特性等变化规律展开研究,验证粉砂土对膨胀土改良作用,并提出达到合理改良效果的粉砂土掺量.实验结果表明:随着粉砂土掺量的增加,改良土自由膨胀率、塑限指数、塑限、液限逐渐降低,土中黏粒含量减少,降低了土的亲水特性;改良土的最大干密度相比于膨胀土明显升高,最佳含水率逐渐降低,减小了膨胀土中弱结合水水膜的厚度,其膨胀特性得到明显抑制;改良土的压缩模量逐渐增大,改良土的黏聚力减小,内摩擦角逐渐增大,无侧限抗压强度在粉砂土30％掺量前增大,无荷载膨胀率、有荷载膨胀率、膨胀力降低.根据实验结果的比较,建议合理的粉砂土掺量为30％.     

吉林省延边地区路基边坡膨胀土孔隙分布特性

针对膨胀土边坡稳定性问题,对吉林省延边地区路基边坡膨胀土进行野外调查及室内测试.对膨胀土的粒度成分、矿物成分进行了测试鉴定,并对土样进行了膨胀性试验.此外利用压汞试验对其进行了孔隙结构特征的研究,利用分形几何理论,结合土样的膨胀特性,将膨胀土孔隙分布分成大、中小、微、超微孔隙4个区间.研究结果表明:经膨胀性测试,研究区5个土样为弱膨胀性土,其中膨胀力较强的土孔隙在超微至微孔隙区间分布相对较多,而膨胀力较弱的土孔隙分布在中与大孔隙区间相对较多.